부분용입용접 내진기둥 이음부의 강도평가

이철호,김재훈,김정재,오상훈,Lee, Cheol Ho,Kim, Jae Hoon,Kim, Jung Jae,Oh, Sang Hoon 한국강구조학회 2008 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.20 No.6

본 연구에서는 기존 SM490강재와 국내에서 최근 개발된 내진용강재(SHN490, SN490)로 이루어진 특수모멘트골조의 기둥이음부를 부분용입용접으로 설계하여 내진성능평가를 위한 실물대 실험을 실시하였다. 부분용입용접에 의한 기둥이음부는 용접비용 및 공기의 절감에서 매력적 인 방안이다. 그러나 과거에 외국에서 수행된 몇몇 실험결과에 의하면 부분용입용접에 의한 후판기둥의 이음부는 인장응력에 대해 취성파단하는 거동을 보였다. 이런 이유로 인해 최근의 내진설계기준에서는 특수모멘트골조의 부분용입용접 기둥이음부의 강도는 예상 기둥소성모멘트 이상의 강도를 요구한다. 이를 반영하여 시험체의 부분용입용접 이음부의 설계강도는 AISC-LRFD의 기준식을 적용하여 기둥의 예상 소성모멘트 이상이 되도록 설계 및 제작하고 3등분점 하중으로 단조가력하였다. 압연형강 시험체 2개 및 조립형강 시험체 2개(총 4개 시험체)의 이음부 모두에서 기둥의 실제 소성모멘트 이상의 강도를 발휘하였다. 즉 AISC-LRFD의 부분용입용접 설계강도식의 신뢰성을 확인할 수 있었다. 다만 SM490 압연형강 시험체는 기둥의 소성모멘트를 발휘한 후 이음부에서 급격한 취성파단이 발생하였다. 이는 용접결함과 플랜지의 강도미달에 따른 복합적 원인에 의한 것으로 추정된다. 특히 SM490 강재의 경우는 항복강도와 인장강도가 규정치에 미달하는 등 성능편차가 큰 것으로 나타났다. 제한적 실험결과이긴 하지만 소재물성 및 이음부 거동의 측면 모두에서 내진용 신강재가 기존강재에 비해 전체적으로 우수함을 보여준 결과라 할 수 있다. The seismic performance of a column splice fabricated with PJP (partial joint penetration) welds for special moment frames was experimentally evaluated in this study. The steel materials that were used for the specimens included SHN490 and SN490 steel, or the newly developed structural steel for seismic application. Fabricating the column splice with PJP welds is highly attractive from the perspective of reducing the welding cost and the construction time. PJP welds in column splices are viewed apprehensively, however, because several tests have shown that PJP welds in thick members tend to become brittle under tensile loads. The column splices in this testing program were designed for the expected plastic moment of the column that current seismic codes typically require. The design strength of partial-penetration welded joints was determined according to the 2005 AISC-LRFD Specification. Three-point loading was applied monotonically, using a universal testing machine, such thatthe column splice joints were subjected to pure tension. The test results showed that the PJP welded splices, if designed properly, can develop a strength exceeding that of the actual plastic moment of the column. The specimen made of the SM490 rolled section, however, showed a brittle fracture at the splice soon after achieving the actual plastic moment of the column. The tensile coupon test results also showed that the material properties of SM490 steel are more unpredictable. Overall, although the test data are limited, the SHN490 and SN490 steel specimens showed a superior and reliable performance.

강도변화에 따른 용접부 용접잔류응력 분포 특성

성대희,박정웅,안규백 대한용접·접합학회 2021 대한용접학회 특별강연 및 학술발표대회 개요집 Vol.2021 No.5

최근 산업동향에는 극한의 환경, 초고층, 초대형화 됨에 따라 강재의 고강도화, 극후물화는 피할 수 없는 현실이 되었다. 이러한 구조물을 건설하고 유지하기 위해서는 강재의 기계적 특성과 용접기술의 확보가 필수적이다. 특히 거대구조물에 있어서 가장 경제적이고 핵심적인 생산가공기술로서 용접기술이 적용되고 있으며, 용접기술의 고도화 또한 절실히 요구되며, 신뢰성 있는 품질 확보를 위해서는 엄격한 용접부 품질관리가 요구되며, 모든 요구조건을 만족해야 한다. 한편, 용접 후 발생하는 용접변형 및 잔류응력은 가열과 냉각과정의 불균일한 온도분포에 의한 팽창 및 수축에 의해서 발생하게된다. 특히 용접잔류응력은 강재의 항복응력정도의 인장잔류응력이 생성되어 균열의 생성과 진전에 영향을 미치게 된다. 따라서 용접구조물에 발생하는 용접잔류응력은 구조물의 신뢰성평가에 매우 중요한 인자이기 때문에 상세한 검토가 필요하다. 본 연구에서는, 각종 용접구조물에서 자주 사용되는 T-용접이음부에 대하여 고강도강의 강도변화에 따른 용접잔류응력 분포 특성에 관하여 절단법(Cutting Method), 굴곡측정법(Contour Method)을 통한 실험적으로 검토하고, 유한요소해석(Finite Element Method)를 통한 T-용접이음부의 용접잔류응력 분포 특성을 검토할 수 있는 시스템을 구축하였다.

재학속도에 따른 용접강관의 모멘트 응답특성에 관한 해석적 연구

장경호,장갑철,Chang, Kyong-Ho,Jang, Gab-Chul 한국공간구조학회 2011 한국공간구조학회지 Vol.11 No.4

재하속도에 따른 용접강관의 모멘트-곡률 거동특성에 관한 해석적 연구를 수행하였다. 3차원 열역학해석을 통하여 용접이음부의 잔류응력을 산출하였다. 그리고 동적소성모델이 적용된 탄소성 유한요소해석 프로그램을 이용하여 잔류응력을 고려한 용접강관(Welded pipe)의 동적해석을 수행하였다. 그리고 용접이음부가 없는 일반강관(Seamless pipe)에 대한 동적거동과의 비교를 통하여 해석을 수행하여 용접강관의 해석력과 해석결과는 용접강관의 모멘트가 일반강관의 모멘트에 비해 낮은 응답을 보였으나 재하속도가 증가함에 따라 모멘트 응답의 차이는 점차 감소하는 경향을 보였다. This article aims to analytically research for influence of residual stresses on bending moment responses against welded steel pipes subjected to quasi -static or dynamic loadings. The residual stresses of the welded steel pipe are computed by three-dimensional welding simulation. The bending moment responses of the welded and seamless steel pipes are determined by using three-dimensional dynamic elastoplastic FE analysis as a function of loading rate. It is seen from analytical results that the welded steel pipe shows lower moment response comparing to the seamless steel pipe, and moment difference between seamless and welded steel pipes tends to decrease as loading rate increases.

강구조물 용접이음부 외부결함의 자동검출 알고리즘

서원찬,이동욱,Seo, Won Chan,Lee, Dong Uk 한국강구조학회 1999 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.11 No.1

본 논문에서는 강구조물의 제작 및 시공에서 용접이음부의 고품질을 확보하기 위하여 강구조물 용접이음부 외부결함의 자동검출에 관한 화상처리 알고리즘을 개발한다. 개발 알고리즘은 광학계의 적절한 배치에 의해 얻어지는 4매의 입력화상을 이용하여 기존의 기법에서 검출할 수 없었던 용접이음부 외부결함을 검출할 수 있음을 보인다. 용접 외부결함이 존재하는 시험편을 제작하고 실험을 통하여 개발 알고리즘의 유용성을 확인하였다. 또한 검출된 용접외부결함의 분류 결과를 육안검사 결과와 비교하였다. The aim of this study is to construct a machine vision monitoring system for an automatic visual inspection of weld joint in steel structure. An image processing algorithm for a visual weld defects detection on weld bead is developed using the intensity image. An optic system for getting four intensity images was set as a fixed camera position and four different illumination directions. The input images were thresholded and segmented after a suitable preprocessing and the features of each region were defined and calculated. The features were used in the detection and the classification of the visual weld defects. It is confirmed that the developed algorithm can detect weld defects that could not be detected by previously developed techniques. The recognized results were evaluated and compared to expert inspectors' results.

해양구조용 YS 420MPa급 H-형강의 파괴인성 평가

안규백,성대희,황원오 대한용접·접합학회 2021 대한용접학회 특별강연 및 학술발표대회 개요집 Vol.2021 No.11

해양구조물의 제작에 있어서 고강도강을 비롯 많은 종류의 강종이 적용되고 있으며, 극한의 환경에 따른 해양구조용 강재는 대부분이 엄격한 품질 수준을 요구하고 있다. 특히, 고강도강의 적용에 있어서 안전성과 용접이음부 강성도, 열영향부(Heat Affected Zone: HAZ)에서의 파괴인성 확보는 중요한 문제이다. 일반적으로 용접부는 용접 열사이클로 인하여 변형과 잔류응력 생성에 의하여 인성이 감소하고, 국부적인 취화영역이 발생한다. 이러한 취화영역은 파괴의 원인이 되고, 불안전 파괴인 취성파괴의 기점이 되어 매우 위험한 사고를 발생시킬 수 있다. H-형강의 Flange, Web의 경우 두께에 따라서 파괴인성확보가 요구되고 있으며, 파괴인성 평가의 대표적인 파라메타인 3점굽힘 CTOD(Crack Tip Opening Displacement, CTOD)시험을 실시하였다. 본 연구에서는 해양구조용 YS 420MPa급 H-형강 모재 및 용접부(HAZ, WM)에 대한 평가를 하였다. CTOD 평가는 -20℃에서 수행한 결과를 바탕으로 해양구조물에 H-형강이 적용되는 경우의 파괴안전성에 대하여 검토하였다.

STS301L 가스용접 이음재의 가속수명예측 (Ⅰ)

백승엽(Seung yeb Baek) 대한기계학회 2010 大韓機械學會論文集A Vol.34 No.4

용접이음부의 신뢰성 확보는 구조물의 건전성과 내구성에 직접적인 영향을 미치기 때문에 가스용접 이음재의 피로설계기준(fatigue design criterion)을 정하기 위해서는 피로시험을 수행하여 ΔP-Nf 관계를 이용하는 것이 일반적이다. 그러나 피로데이터를 장시간 획득하는 과정에서 여러 가지 변동인자에 의해서 피로데이터가 영향을 받기 때문에 피로데이터의 신뢰도가 떨어진다. 또한, 이음재의 재질 및 접합형태가 달라질 때마다, 각각의 경우에 대해서 새로운 피로시험이 요구됨으로 많은 시간과 비용이 소모된다. 따라서 이러한 문제점들을 개선하고 신뢰성 있는 설계를 하기위해서 필렛 가스용접 이음재를 적용, 반복피로시험을 통한 데이터를 통계적으로 분석하여, 다양한 가스용접 이음재의 피로수명을 예측함과 동시에 실제 피로시험데이터와 비교ㆍ분석하여 예측된 수명의 신뢰도(reliability)와 신뢰구간(confidence interval)을 추정함으로서 새로운 피로설계기준 방법을 제시하고자 하였다. Stainless steel sheets are widely used as the structural material for railroad cars and commercial vehicles. Structures made of stainless steel sheets are commonly fabricated by gas welding, For the fatigue design of gas welded joints such as fillet joints, it is necessary to obtain design information of the stress distribution at the weldment as well as the fatigue strength of the gas-welded joints. Further, the influence of the geometrical parameters of gas-welded joints on stress distribution and fatigue strength must be evaluated. in this study, ΔP-Nf curves were obtained by fatigue tests. and, the ΔP-Nf curves were rearranged on the basis of the Δσ-Nf relation for the hot-spot stresses at the gas-welded joints. These results, were used for conducting an accelerated life test(ALT) From the experiment results, an acceleration model was derived and factors were estimated. The objective is to obtain the information required for the analysis of the fatigue lifetime of fillet welded joints and for data analysis by the statistic reliability method to save time and cost and to develop optimum accelerated life prediction plans.

잔류응력을 고려한 압연강 용접구조물의 X-ray 회절법에 의한 파괴 역학적 고찰

백승엽(Seung yeb Baek),배동호(Dong Ho Bae) 대한기계학회 2011 大韓機械學會論文集A Vol.35 No.10

용접이음부의 신뢰성 확보는 구조물의 건전성과 내구성에 직접적인 영향을 미치기 때문에 점용접 이음재의 피로설계기준(fatigue design criterion)을 정하기 위해서는 정확한 응력해석과 체계적인 피로강도평가가 필요하다. 따라서 본 연구에서는 실제 전동차량 차체에 많이 적용되는 냉간 및 열간압연강판인 SPCC, SPCE, SPHE을 대상으로 기하학적 인자(geometrical factors)들을 선별해서 TS형과 CT형의 대표적인 점용접 이음재 시험편을 기본모델로 하여 인장전단하중을 가하여 피로강도 및 피로특성을 평가하고자 하였다. 그리고 피로균열의 발생과 성장 기구에 대한 영향을 분석하기위해 용접 시 발생되는 여러 가지 주요인자들 중 입열량에 의해 발생할 수 있는 용접잔류응력을 X-ray 회절법에 의해 실험적으로 해석하였다. 그리고 이러한 해석을 통하여 얻어진 결과를 중첩(superposition)함으로 해서 잔류응력을 고려했을 경우 너깃 단 최대주응력으로 피로강도를 재평가하여 합리적인 피로설계기준(fatigue design criterion)을 재정립하고자 하였다. Cold and hot-rolled carbon steel sheets are commonly used in railroad cars or commercial vehicles such as the automobile. The sheets used in these applications are mainly fabricated by spot welding, which is a type of electric resistance welding. However, the fatigue strength of a spot-welded joint is lower than that of the base metal because of high stress concentration at the nugget edge of the spot-welded part. In particular, the fatigue strength of the joint is influenced by not only geometrical and mechanical factors but also the welding conditions for the spot-welded joint. Therefore, there is a need for establishing a reasonable criterion for a long-life design for spot-welded structures. In this thesis, ΔP-N_f relation curves have been used to determine a long-life fatigue-design criterion for thin-sheet structures. However, as these curves vary under the influence of welding conditions, mechanical conditions, geometrical factors, etc. It is very difficult to systematically determine a fatigue-design criterion on the basis of these curves. Therefore, in order to eliminate such problems, the welding residual stresses generated during welding and the stress distributions around the weld generated by external forces were numerically and experimentally analyzed on the basis of the results, reassessed fatigue strength of gas welded joints.

400MPa급 건축구조용 열간압연 H형강(SHN400)의 용접특성

김희동,양재근,이은택,김우범,오영석,Kim, Hee-Dong,Yang, Jae-Geun,Lee, Eun-Taik,Kim, Woo-Bum,Oh, Young-Suk 한국강구조학회 2012 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.24 No.1

본 연구의 목적은 시험적 방법을 통해 SHN400 강재의 용접특성이 KS에서 규정한 건축구조용 강재로 적합한지를 평가하는 것이다. 이를 위해 국내에서 생산되는 열간 압연 H형강 중 최대 춤 및 최대 플랜지 두께의 H형강과 SHN400 강재의 주요 사용처가 될 보부재로 수요가 많은 H형강 규격을 대상으로 경사 y형 용접균열시험, 용접이음부에 대한 경도시험, 평판인장시험, 굽힘시험, 십자형 인장 시험 및 충격시험 등을 실시하였다. 각 시험은 관련 KS에서 요구하는 시험 조건하에서 수행되었으며, 시험결과 SHN400 강재는 용접특성 관련 모든 시험에서 KS의 요구조건과 구조물의 적절한 비탄성변형능력 발현을 위해 요구되는 용접성능들을 만족하는 것으로 나타났다. 따라서 SHN400 강재는 건축구조용 강재로 사용에 무리가 없을 것으로 판단된다. This study seeks to evaluate the welding characteristics of SHN400 steel, which is suitable for the steel material used in building structures in KS. For this purpose, the Y-groove weld crack test and hardness, tensile, bending, cross tensile, and charpy V notch tests at the welding point were conducted with specimens taken from the highest, the thickest and the commonly used H-beams for girder or beam members. Each test was conducted under the KS test conditions. All tests results satisfied the requirements of KS and the welding requirements for the proper inelastic behavior of structure, indicating that SHN400 can be used for the building structure as a structural material.

HY 강재 T-이음부의 용접잔류응력 분포 특성에 관한 연구

안규백,성대희,우완측,김성민,강원기,강성구 대한용접·접합학회 2022 대한용접학회 특별강연 및 학술발표대회 개요집 Vol.2022 No.5

필릿용접 루트부 Gap의 영향에 관한 연구

방한서,김성환,김종명 조선대학교 생산기술연구소 1998 生産技術硏究 Vol.20 No.2

The groove for proper welding joints is required to obtain a complete joint penetration However, fillet joint welding without edge preparation is often adopted to save coats and manhours. In this case, gaps of root may occurs, which cause stress concentration around gaps of root and compromises structural safety. In this paper, double fillet welded T-joints are selected for investigation. The welding residual stresses on the plate, web and notches of roots are calculated under two dimensional heat conduction and plane deformation thermal elasto-plastic theory are applied. It is found that multi pass welding alleviates stress concentration on the notch tips of roots by distributing the compressed residual stresses and external tensile forces in the direction of the width of web may restrict the occurrence of root-crack since the compressive residual stresses is expected in that direction. Through this results, in case of acting tensile force for the direction of the width of web, we supposed that occurrence of root-crack is restricted under the influence of compressed residual stress around notch-tip of root.